Advertisement

Habitability: General Principles and Applications to Space Vehicles

  • Joseph F. Kubis

Abstract

Habitability: General Principles and Applications to Space Vehicles. Habitability, as applied to any spatial configuration within which man is expected to function, is a global and relative concept. It depends upon the purpose of man’s presence within that environment, the time he plans to remain, and the type of performance he expects to achieve. Simply stated, a system is considered habitable if man can function as man within its environmental confines. Insofar as man is concerned, habitability involves four components: physical, physiological, psychological, and social.

As of the present the emphasis has been on the physical and physiological dimensions or components of habitability inasmuch as these are directly related to survival. The literature has stressed physiological tolerances and their relation to simple measures of behavioral efficiency. As space flights lengthen and multiple crewmen become the rule, the psychological and social components of habitability will demand very serious consideration. In this regard psychological adequacy, comfort, and group integrity become critical focal issues.

Studies of single stressors or constraints, as for example within the physiological component, are incomplete and may be misleading since interactions among two or more stressors may eit her augment, reduce, or alter the nature of the single effects. Research on such interactions has been relatively sparse on earth, practically nonexistent in space. Factorial design, multivariate approaches, and response surface analyses would yield more meaningful results and provide better indexes of habitability than single effect measures. Interrelations among the four main components need to be considered anew and in terms other than trade-off since cost functions are difficult to apply to such factors as comfort, psychological integrity, and human survival.

No earth bound studies of habitability have substantial predictive value for long term space flights unless they are verified in orbiting space laboratories which can control the basic interactions of weightlessness with all other relevant physiological and behavioral parameters. Similarly, systems for inducing “artificial gravity” and devices for counteracting the cardiovascular effects of weightlessness will need thorough study and evaluation under nonterrestrial conditions before their optimal operating characteristics can be determined.

Finally, the notion of habitability must be considered in the light of planetary exploration and colonization. Having found his wings, man cannot be expected to always remain on earth.

Keywords

Group Performance Tolerance Limit Space Flight Habitability Requirement Space Vehicle 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.

Résumé

L’habitabilité: principes généraux et applications aux véhicules spatiaux. L’habitabilité, telle qu’appliquée à tout milieu spatial dans lequel on espère faire s’exercer des activités humaines, est un concept global et relatif. Il dépend du but de la présence de l’homme dans cette ambiance, du temps de séjour qu’il y prévoit, et des réalisations qu’il espère y mener à bien. En termes simples, un système est considéré comme habitable si l’homme peut? exercer des activités en tant qu’homme dans l’ambiance à laquelle il est astreint. En ce qui concerne l’homme, l’habitabilité comprend quatre branches: la physique, la physiologie, la psychologie et la sociologie.

Jusqu’ à présent, l’accent a surtout été mis sur les aspects physiques et physiologiques de l’habitabilité, dans la mesure où ils sont directement liés à la survie. La littérature a souligné les tolérances physiologiques et leurs relations avec de simples mesures d’efficacité du comportement. La règle voulant que les vols spatiaux s’allongent et que les équipes soient composées de plusieurs hommes, les aspects psychologiques et sociaux de l’habitabilité demanderont à être considérés très sérieusement. De ce point de vue, l’adaptation psychologique, le confort et l’intégrité du groupe deviennent des problèmes centraux critiques.

Les études des efforts ou contraintes simples, telles que, par exemple, sous l’aspect physiologique, sont incomplètes et peuvent conduire à des conclusions fausses, du fait que les interactions entre deux ou plusieurs contraintes peuvent soit augmenter, soit réduire, soit modifier la nature des effets simples. Les recherches sur de telles interactions ont été relativement rares sur terre, pratiquement inexistantes dans l’espace. Des études factorielles, des approches avec des variables multiples, et des analyses de surface de réponse fourniraient des résultats plus significatifs, et donneraient de meilleurs indices d’habitabilité que de simples mesures d’effets. Les interactions entre les quatre aspects principaux doivent être examinées à nouveau, et en des termes autres que commerciaux, du fait que des éléments tels que le confort, l’intégrité psychologique et la survie humaine peuvent difficilement être exprimés en prix de revient.

Aucune étude d’habitabilité effectuée en présence de liaisons terrestres ne peut avoir de valeur prédictive substantielle pour les vols spatiaux de longue durée, à moins qu’elle ne soit vérifiées dans des laboratoires spatiaux placés sur orbite, qui peuvent commander les interactions fondamentales de l’apesanteur avec tous les autres paramètres physiologiques et psychologiques importants. De la même façon, les systèmes pour provoquer un «gravitation artificielle» et les dispositifs pour rontrebalancer les effets cardiovasculaires de l’apesanteur nécessiteront line étude approfondie et une évaluation dans des conditions extra-terrestres, avant que leurs caractéristiques optimales de fonctionnement puissent être déterminées.

Finalement, la notion d’habitabilité doit être considérée sous l’angle de l’exploration planétaire et de la colonisation. Ayant trouvé ses ailes, l’homme ne restera pas toujours sur terre.

Аннотации

Обитаемость: общие принципы и применение к космическим кораблям. Обитаемость в применении к любым космическим кораблям, предназначенным для полетов человека, представляет собой всеобщую и относительную концепцию. Она зависит от цели пребывания человека в этой среде, срока, в течение которого он намерен в ней находиться, и от типа функций, которые он должен выполнять. Иными словами, система считается обитаемой, если человек может функционировать как человек в пределах ее среды. Что касается самого человека, то обитаемость связана с четырьмя группами компонентов: физических, физиологических, психологических и социальных.

В настоящее время особое внимание уделяется физическим и физиологическим аспектам, или компонентам обитаемости, поскольку они непосредственно относятся к обеспечению условий жизни. В литературе подчеркивались факторы физиологической выносливости и их отношение к простым мерам работоспособности. По мере того, как космические полеты будут все долгосрочнее и полеты станут, как правило, групповыми, потребуется весьма серьезное изучение психологического и социального аспектов обитаемости. В этом отношении психологическая пригодность, взаимная поддержка и гармоничность взаимоотношений членов группы становятся ключевыми и центральными проблемами.

Изучение отдельных факторов нагрузки и напряжения, например, в физиологическом компоненте, неполно и может привести к неправильным выводам, поскольку взаимодействие между двумя или большим числом факторов нагрузки может усилить, ослабить, либо изменит!, характер отдельных эффектов. Исследование таких взаимодействий было относительно незначительным на земле, а в косми-чеком пространстве практически не проводилось вовсе. Программы изучения факторов, многосторонний подход и анализ реакций дали бы более существенные результаты и обеспечили бы лучшие показатели обитаемости, чем измерения отдельных эффектов. Следует пересмотреть взаимосвязи между четырьмя основными группами компонентов, и притом не с коммерческой точки зрения, поскольку соображения стоимости трудно применить к таким факторам, как взаимная поддержка, психологическое единство и сохранение человеческой жизни.

Никакие изучения обитаемости, проводимые на земле, не могут иметь существенной ценности для предсказания условий длительных космических полетов, если их результаты не будут проверены в выведенных на орбиту космических лабораториях, которые смогут контролировать основные взаимосвязи невесомости вместе со всеми другими соответствующими физиологическими факторами и факторами поведения. Подобным же образом, системы создания „искусственного тяготения“ и приспособления для противодействия влиянию невесомости на сердечно-сосудистую систему потребуют тщательного изучения и оценки в неземных условиях, прежде чем можно будет определить их оптимальные характеристики при полетах.

Наконец идея обитаемости должна быть рассмотрена в свете исследования и колонизации других планет. Обретя крылья, человек едва ли сможет оставаться навсегда на земле.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. 1.
    Celentano, J. T., and B.B. Adams: Habitability and Maintenance of Human Performance in Long-Duration Space Missions. Adv. Astronaut. Sci. 7, 349–361. New York: Plenum Press. 1961.Google Scholar
  2. 2.
    Celentano, J. T., D. Amorelli, and G. G. Freeman: Establishing a Habitability Index for Space Stations and Planetary Bases. Paper read at AIAA/ASMA Manned Space Laboratory Conference, California. 1963.Google Scholar
  3. 3.
    White, S. C., and J. H. Reed, Jr.: Habitability in Space Stations. Paper read at AIAA/ASMA Manned Space Laboratory Conference, California. 1963.Google Scholar
  4. 4.
    Patton, R. M.: Behavioral Testing During a 7-Day Confinement: The Information Processing Task. NASA TN D — 1973, Washington, D.C.: National Aeronautics and Space Administration. 1963.Google Scholar
  5. 5.
    Konecci, E. B., and A. J. Shiner: Human Requirements for the Mars Mission.Google Scholar
  6. 6.
    Davenport, E. W., S. P. Congdon, and B. F. Pierce: The Minimum Volumetric Requirements of Man in Space. Paper read at AIAA Summer Meeting, California. 1963.Google Scholar
  7. 7.
    Dye, D. L., and M. Wilkinson: Radiation Hazards in Space. Science 147, 19–29 (1965).ADSCrossRefGoogle Scholar
  8. 8.
    Roth, E. M.: Space Cabin Atmospheres. Part II: Fire and Blast Hazards. NASA SP–48, Washington. D.C.: National Aeronautics and Space Administration. 1964.Google Scholar
  9. 9.
    Schaefer, K. E.: Gaseous Requirements in Manned Space Flight. In: “Bioastronautics” (K. E. Schaefer, ed.), pp. 81–88. New York: Macmillan. 1964.Google Scholar
  10. 10.
    Ibid. p. 86.Google Scholar
  11. 11.
    Kristy, N. F., and H.P. Roth: Astronaut-Crew Requirements for Apollo In-Flight Operations. Memorandum RM — 4311 — NASA, Santa Monica, Calif.: The Rand Corporation. 1964.Google Scholar
  12. 12.
    Lamb, L. E.: An Assessment of the Circulatory Problem of Weightlessness in Prolonged Space Flight. Aerospace Medicine 35, 413–419 (1964).Google Scholar
  13. 13.
    Lamb, L. E., et al.: Cardiovascular Deconditioning from Space Cabin Simulator Confinement. Aerospace Medicine 35, 420–428 (1964).Google Scholar
  14. 14.
    Lamb, L. E., R. L. Johnson, and P. M. Stevens: Cardiovascular Deconditioning during Chair Rest. Aerospace Medicine 35, 646–649 (1964).Google Scholar
  15. 15.
    Miller, P. B., R. L. Johnson, and L. E. Lamb: Effects of Four Weeks of Absolute Bed Rest on Circulatory Functions in Man. Aerospace Medicine 35, 1194–1200 (1964).Google Scholar
  16. 16.
    Hendler, E.: The Gaseous Requirements (Respiration). In: “Physiological Problems in Space Exploration” (J.D. Hardy, ed.), pp. 100–133. Springfield,.: C.C. Thomas. 1964.Google Scholar
  17. 17.
    Hardy, J. D.: Temperature Problems in Space Travel. In: “Physiological Problems in Space Exploration” (J.D. Hardy, ed.), pp. 3–46. Springfield, Ill.: C. C. Thomas. 1964.Google Scholar
  18. 18.
    Clemedson, C.: Integrated Human Research and Aerospace Medicine. Aerospace Medicine 35, 511–518 (1964).Google Scholar
  19. 19.
    Kristy, N. F., and H. P. Roth: Op. Cit. Google Scholar
  20. 20.
    Burns, N.M., R.M. Chambers, and E. Hendler: Unusual Environments and Human behavior. New York: Free Press. 1963.Google Scholar
  21. 21.
    Bowlby, J.: Maternal Care and Mental Health, 2nd ed. Geneva: World Health Organization. 1952.Google Scholar
  22. 22.
    Jackson, C. W., Jr., and E. L. Kelly: Influence of Suggestion and Subject’s Prior Knowledge in Research on Sensory Deprivation. Science 125, 211–212 (1962).ADSCrossRefGoogle Scholar
  23. 23.
    Suedfeld, P., and J. Vernon: Visual Hallucinations during Sensory Deprivation: A Problem of Criteria. Science 145, 412–413 (1964).ADSCrossRefGoogle Scholar
  24. 24.
    Ziskind, E., and T. Atgsburg: Hallucinations in Sensory Deprivation — Method or Madness? Science 137, 992 (1962).ADSCrossRefGoogle Scholar
  25. 25.
    Hauty, G.T.: Human Reliability and Confinement. Paper read at 4th Cospar International Space Science Symposium, Warsaw, Poland. 1963.Google Scholar
  26. 26.
    Hunt, J. McV.: Motivation Inherent in Information Processing and Action. In: “Motivation and Social Interaction: The Cognitive Determinants” (O. J. Harvey, ed.), Ch. 3. New York: Ronald Press. 1963.Google Scholar
  27. 27.
    Festinger, L.: A Theory of Cognitive Dissonance. Evanston, Ill.: Row, Peterson. 1957.Google Scholar
  28. 28.
    Amster, H.: Semantic Satiation and Generation: Learning? Adaptation? Psychol. Bull. 62, 273–286 (1964).CrossRefGoogle Scholar
  29. 29.
    Weybrew, B. B.: Psychological Problems of Prolonged Marine Submergence. In: “Unusual Environments and Human behavior” (N. M. Burns, R. M. Chambers, and E. Hendler, eds.), pp. 87–126. New York: Free Press. 1963.Google Scholar
  30. 30.
    Rohrer, J. H.: Interpersonal Relationships in Isolated Small Groups. In: “Psychophysiological Aspects of Space Flight” (B. E. Flaherty, ed.), pp. 263–271. New York: Columbia University Press. 1961.Google Scholar
  31. 31.
    Rasmussen, J. E., and W. W. Haythorn: Selection and Effectiveness. Considerations Arising From Enforced Confinement of Small Groups. Proceedings of Second Manned Space Flight Meeting, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Texas. 1963.Google Scholar
  32. 32.
    Gunderson, E. K., and P. D. Nelson: Adaptation of Small Groups to Extreme Environments. Aerospace Medicine 34, 1111–1115 (1963).Google Scholar
  33. 33.
    The Boeing Company: Manned Environmental System Assessment. NASA CR — 134, Seattle, Wash.: Boeing. 1964.Google Scholar
  34. 34.
    Chambers, R. M., and R. Fried: Psychological Aspects of Space Flight. In: “Physiology of Man in Space” (J. H. U. Brown, ed.), pp. 175–256. New York: Academic Press. 1963.Google Scholar
  35. 35.
    Committee on Public Education: The Psychiatrist’s Interest in Leisure-Time Activities. New York: Group for the Advancement of Psychiatry. 1958.Google Scholar
  36. 36.
    Weybrew, B. B.: op. Cit. Google Scholar
  37. 37.
    Rohrer, J. H.: op. cit. Google Scholar
  38. 38.
    Gunderson, E. K., and P.D. Nelson: op. Cit. Google Scholar
  39. 39.
    Rasmussen, J. E., and W. W. Haythorn: op. cit. Google Scholar
  40. 40.
    Simons, D. G., D. E. Flinn, and B. Hartman: Psychophysiology of High Altitude Experience. In: “Unusual Environments and Human behavior” (N.M. Burns, R. M. Chambers, and E. Hendler, eds.), pp. 127–166. New York: Free Press. 1963.Google Scholar
  41. 41.
    Haythorn, W. W.: Selection and Training. Considerations for a Manned Space Laboratory. Paper read at AIAA/ASMA Manned Space Laboratory Conference, California. 1963.Google Scholar
  42. 42.
    Haythorn, W. W.: Compatibility in Isolated Groups.Google Scholar
  43. 43.
    Olmstead, M.S.: The Small Group. New York: Random House. 1959.Google Scholar
  44. 44.
    Golembiewski, R. T.: The Small Group. Chicago: University of Chicago Press. 1962.Google Scholar
  45. 45.
    Hare, A. P.: Handbook of Small Group Research. New York: Free Press. 1962.Google Scholar
  46. 46.
    Hemphill, J. K.: Group Dimensions: A Manual for their Measurement. Columbus: Ohio State University. 1956.Google Scholar
  47. 47.
    Bales, R. F.: Interaction Process Analysis. Cambridge, Mass.: Addison-Wesley. 1950.Google Scholar
  48. 48.
    Mussen, P. H., and L.W. Porter: Personal Motivations and Self-Conceptions Associated with Effectiveness and Ineffectiveness in Emergent Groups. J. Abn. Soc. Psychol. 59, 23–27 (1959).CrossRefGoogle Scholar
  49. 49.
    Seashore, S. E.: Group Cohesiveness in the Industrial Work Group. Ann Arbor, Mich.: Survey Research Center, University of Michigan. 1954.Google Scholar
  50. 50.
    Schutz, W. C.: What Makes Groups Productive? Human Relations 8, 429–466 (1955).CrossRefGoogle Scholar
  51. 51.
    Fiedler, F. E.: Assumed Similarity Measures as Predictors of Team Effectiveness. J. Abn. Soc. Psychol. 49, 381–388 (1954).CrossRefGoogle Scholar
  52. 52.
    Adams, S.: Status Congruency as a Variable in Small Group Performance. Social Forces 82, 16 (1953).CrossRefGoogle Scholar
  53. 53.
    Alluisi, E. A., T.J. Hall, G. R. Hawkes, and W.D. Chiles: Human Group Performance During Confinement. Final Report, Contract No. AF 33 (616) — 7606-M4, Marietta, Georgia: Lockheed — Georgia Company. 1962.Google Scholar
  54. 54.
    Gunderson, E. K., and P.D. Nelson: op. cit. P. 1114.Google Scholar
  55. 55.
    Menninger, K. A.: Psychological Aspects of the Organism under Stress. J. Amer. Psychoanal. Ass. 2, 67–106; 280-310 (1954).CrossRefGoogle Scholar
  56. 56.
    Cannon, W. B.: The Wisdom of the Body, Rev. Ed. New York: Norton. 1939.Google Scholar
  57. 57.
    Bertalanffy, L. Von: Theoretical Models of Biology and Psychology. J. Personal. 20, 24–38 (1951).CrossRefGoogle Scholar
  58. 58.
    Berrien, F. K.: Homeostasis in Groups. General Systems 9, 205–217 (1964).Google Scholar
  59. 59.
    Kornfield, A. T.: Trends in Human Performance Augmentation. Adv. Astronaut. Sci. 7, 362–369. New York: Plenum Press. 1961.Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag Wien 1967

Authors and Affiliations

  • Joseph F. Kubis
    • 1
  1. 1.Fordham UniversityNew YorkUSA

Personalised recommendations